Clasificarea circuitelor integrate. Circuite integrate mari

La primele calculatoare electrice, componentele circuitelor care efectuau operațiunile erau tuburile vidate. Aceste tuburi, care semănau cu becuri, consumau multă energie electrică și generau multă căldură. Totul s-a schimbat în 1947 odată cu inventarea tranzistorului. Acest mic dispozitiv folosea un material semiconductor, numit pentru capacitatea sa de a conduce și de a reține curentul electric, în funcție de existența curentului electric în semiconductorul însuși. Această nouă tehnologie a făcut posibilă construirea a tot felul de întrerupătoare electrice pe cipuri de siliciu. Circuitele cu tranzistori au ocupat mai puțin spațiu și au consumat mai puțină energie. Pentru calculatoare mai puternice, au fost create circuite integrate sau circuite integrate.

În zilele noastre, tranzistoarele au devenit microscopic mici, iar întregul circuit IC se potrivește pe o bucată pătrată de semiconductor de 1 inch. Blocurile mici montate în rânduri pe o placă de circuite de calculator sunt circuite integrate închise în carcase de plastic. Fiecare microcircuit conține un set de elemente de circuit simple sau dispozitive. Cele mai multe dintre ele sunt ocupate de tranzistori. Un circuit integrat poate include, de asemenea, diode, care permit curentului electric să circule într-o singură direcție și rezistențe, care blochează curentul.
Piese fixe. În interiorul unui computer, rânduri de circuite integrate în carcase de protecție, așa cum se arată mai jos, sunt montate pe placa de circuite a computerului (verde). Fiecare linie verde pal reprezintă o cale de-a lungul căreia curge curentul electric; împreună formează „autostrăzi” prin care curentul electric este transportat de la circuit la circuit.

Mesageri mici. De-a lungul marginii cipului, fire puternic magnetizate, care amintesc de părul uman, trimit semnale electrice de la circuitul electric (numit mai sus). Aceste fire de aur sau aluminiu sunt practic rezistente la coroziune și sunt bune conductoare de electricitate.

Anatomia unui tranzistor
Tranzistoarele, elementele microscopice de bază ale unui circuit electronic, sunt întrerupătoare care pornesc și opresc curentul electric. Micile piese metalice (gri) conduc curentul (roșu și verde) de la aceste dispozitive. Organizate într-o combinație numită porți logice, tranzistoarele răspund la impulsurile electrice într-o varietate de moduri prestabilite, permițând computerului să îndeplinească o gamă largă de sarcini.

Diagrama logică. Dacă curentul electric de intrare (săgețile roșii) activează baza fiecărui tranzistor, curentul de alimentare (săgețile verzi) se va grăbi către cablajul de ieșire.

Circuit integrat mare

Circuite integrate moderne concepute pentru montare la suprafață.

Microcircuite digitale sovietice și străine.

Integral(engl. Circuit integrat, IC, microcircuit, microcip, cip de siliciu sau cip), ( micro)sistem (IS, IMS, m/skh), cip, microcip(Engleză) cip- sliver, fragment, chip) - dispozitiv microelectronic - un circuit electronic de complexitate arbitrară, realizat pe un cristal semiconductor (sau film) și plasat într-o carcasă neseparabilă. Adesea sub circuit integrat(IC) se referă la cristalul sau filmul real cu un circuit electronic și prin microcircuit(MS) - IC închis într-o carcasă. În același timp, expresia „componente de cip” înseamnă „componente de montare la suprafață” spre deosebire de componentele tradiționale lipite prin orificiu traversant. Prin urmare, este mai corect să spunem „microcircuit cu cip”, adică un microcircuit montat pe suprafață. În prezent (an), majoritatea microcircuitelor sunt fabricate în pachete de montare la suprafață.

Poveste

Invenția microcircuitelor a început cu studiul proprietăților peliculelor subțiri de oxid, care se manifestă prin efectul conductibilității electrice slabe la tensiuni electrice scăzute. Problema era că acolo unde cele două metale se atingeau, nu exista contact electric sau era polar. Studiile profunde ale acestui fenomen au condus la descoperirea diodelor și mai târziu a tranzistorilor și a circuitelor integrate.

Niveluri de proiectare

• Fizic - metode de implementare a unui tranzistor (sau a unui grup mic) sub formă de zone dopate pe un cristal.
• Electrice - schema de circuit (tranzistoare, condensatoare, rezistențe etc.).
• Logic - circuit logic (invertoare logice, elemente OR-NOT, AND-NOT etc.).
• Nivel de circuit și sistem - proiectarea circuitului și a sistemului (flip-flops, comparatoare, codificatoare, decodore, ALU-uri etc.).
• Topologice - fotomasti topologice pentru productie.
• Nivel de program (pentru microcontrolere și microprocesoare) - instrucțiuni de asamblare pentru programator.

În prezent, majoritatea circuitelor integrate sunt dezvoltate folosind CAD, ceea ce vă permite să automatizați și să accelerați semnificativ procesul de obținere a măștilor foto topologice.

Clasificare

Gradul de integrare

Scop

Un circuit integrat poate avea o funcționalitate completă, oricât de complexă ar fi - până la un întreg microcomputer (microcomputer cu un singur cip).

Circuite analogice

• Generatoare de semnal
• Multiplicatori analogici
• Atenuatoare analogice și amplificatoare variabile
• Stabilizatoare de alimentare
• Schimbarea cipurilor de control al sursei de alimentare
• Convertoare de semnal
• Circuite de sincronizare
• Diversi senzori (temperatura, etc.)

Circuite digitale

• Elemente logice
• Convertoare tampon
• Module de memorie
• (Micro)procesoare (inclusiv procesorul dintr-un computer)
• Microcalculatoare cu un singur cip
• FPGA - circuite integrate logice programabile

Circuitele integrate digitale au o serie de avantaje față de cele analogice:

• Consum redus de energie asociat cu utilizarea semnalelor electrice pulsate în electronica digitală. La recepționarea și conversia unor astfel de semnale, elementele active ale dispozitivelor electronice (tranzistoare) funcționează în modul „cheie”, adică tranzistorul este fie „deschis” - ceea ce corespunde unui semnal de nivel înalt (1), fie „închis”. ” - (0), în primul caz la Nu există o cădere de tensiune în tranzistor; în al doilea, nu trece curent prin el. În ambele cazuri, consumul de energie este aproape de 0, spre deosebire de dispozitivele analogice, în care de cele mai multe ori tranzistoarele sunt într-o stare intermediară (rezistivă).
• Imunitate ridicată la zgomot dispozitivele digitale este asociată cu o diferență mare între semnalele de nivel înalt (de exemplu 2,5 - 5 V) și scăzut (0 - 0,5 V). O eroare este posibilă cu o astfel de interferență atunci când un nivel ridicat este perceput ca scăzut și invers, ceea ce este puțin probabil. În plus, în dispozitivele digitale este posibil să se utilizeze coduri speciale care permit corectarea erorilor.
• Diferența mare dintre semnalele de nivel înalt și cel scăzut și o gamă destul de largă de modificări permise ale acestora face tehnologia digitală insensibil la dispersarea inevitabilă a parametrilor elementului în tehnologia integrată, eliminând necesitatea de a selecta și configura dispozitive digitale.

Cu doar douăzeci și cinci de ani în urmă, radioamatorii și specialiștii din generația mai veche trebuiau să studieze dispozitive noi la acea vreme - tranzistoarele. Nu a fost ușor să renunțăm la tuburile cu vid cu care eram atât de obișnuiți și să trecem la „familia” aglomerată și în continuă expansiune de dispozitive semiconductoare.

Și acum această „familie” a început din ce în ce mai mult să cedeze loc în inginerie radio și electronică ultimei generații de dispozitive semiconductoare - circuite integrate, adesea numite IC-uri pe scurt.

Ce este un circuit integrat

Circuit integrat este o unitate electronică în miniatură care conține într-o carcasă comună tranzistori, diode, rezistențe și alte elemente active și pasive, al căror număr poate ajunge la câteva zeci de mii.

Un microcircuit poate înlocui o întreagă unitate a unui receptor radio, un computer electronic (calculator) și o mașină electronică. „Mecanismul” unui ceas de mână digital, de exemplu, este doar un cip mai mare.

În funcție de scopul lor funcțional, circuitele integrate sunt împărțite în două grupe principale: microcircuite analogice sau cu impulsuri liniare și microcircuite logice sau digitale.

Microcircuitele analogice sunt destinate amplificarii, generării și conversiei oscilațiilor electrice de diferite frecvențe, de exemplu, pentru receptoare, amplificatoare și cele logice - pentru utilizare în dispozitive de automatizare, în dispozitive cu cronometrare digitală, în computere.

Acest atelier este dedicat familiarizării cu dispozitivul, principiul de funcționare și posibila aplicare a celor mai simple circuite integrate analogice și logice.

Pe un cip analogic

Dintre „familie” uriașe a celor analogice, cele mai simple sunt microcircuitele gemene K118UN1A (K1US181A) și K118UN1B (K1US181B), care fac parte din seria K118.

Fiecare dintre ele este un amplificator care conține... Cu toate acestea, este mai bine să vorbim despre „umplutura” electronică. Deocamdată, le vom considera „cutii negre” cu pini pentru conectarea surselor de alimentare, piese suplimentare, circuite de intrare și ieșire la ele.

Diferența dintre ele constă numai în factorii lor de amplificare pentru oscilațiile de joasă frecvență: factorul de câștig al microcircuitului K118UN1A la o frecvență de 12 kHz este 250, iar microcircuitul K118UN1B este 400.

La frecvențe înalte, câștigul acestor microcircuite este același - aproximativ 50. Deci, oricare dintre ele poate fi folosit pentru a amplifica oscilațiile atât la frecvențe joase, cât și la cele înalte și, prin urmare, pentru experimentele noastre. Aspectul și simbolurile acestor microcircuite amplificatoare pe schemele de circuit ale dispozitivelor sunt prezentate în Fig. 88.

Au un corp dreptunghiular din plastic. Pe partea de sus a carcasei există un marcaj care servește ca punct de referință pentru numerele de pin. Microcircuitele sunt proiectate pentru alimentarea de la o sursă de curent continuu cu o tensiune de 6,3 V, care este alimentată prin pinii 7 (+Upit) și 14 (— U Pete).

Sursa de alimentare poate fi o sursă de curent alternativ cu tensiune de ieșire reglabilă sau o baterie formată din patru celule 334 și 343.

Primul experiment cu microcircuitul K118UN1A (sau K118UN1B) a fost efectuat conform diagramei prezentate în Fig. 89. Ca placă de montaj, utilizați o placă de carton cu dimensiunile aproximative de 50X40 mm.

Pini de microcircuit 1, 7, 8 Și 14 lipirea la sârmă capse trecute prin găurile din carton. Toate acestea vor acționa ca suporturi care țin microcircuitul pe placă și suporturile de pini 7. și 14, în plus, conectarea contactelor cu bateria G.B.1 (sau sursa de alimentare).

Între ele, pe ambele părți ale microcircuitului, întărește încă două sau trei contacte, care vor fi intermediare pentru piese suplimentare. Montați condensatori pe placă C1(tip K50-6 sau K50-3) și C2(KYAS, BM, MBM), conectați căștile la ieșirea microcircuitului LA 2.

Conectați-vă la intrarea microcircuitului (printr-un condensator C1) microfon electrodinamic ÎN 1 orice tip sau capsulă de telefon DEM-4m, porniți alimentarea și, apăsând telefoanele mai strâns pe urechi, atingeți ușor microfonul cu un creion. Dacă nu există erori la instalare, în telefoane ar trebui să se audă sunete asemănătoare clicurilor pe o tobă.

Cereți unui prieten să spună ceva în fața microfonului - îi veți auzi vocea pe telefoane. În loc de microfon, puteți conecta un difuzor de transmisie radio (abonat) cu transformatorul său potrivit la intrarea microcircuitului. Efectul va fi cam același.

Continuând experimentul cu un dispozitiv telefonic cu acțiune simplă, conectați între conductorul comun (negativ) al circuitului de alimentare și ieșire 12 condensator electrolitic microcircuit NV, indicat pe diagramă prin linii întrerupte. În același timp, volumul sunetului de pe telefoane ar trebui să crească.

Telefoanele vor suna și mai tare dacă același condensator este conectat la circuitul de ieșire 5 (în Fig. 89 - condensator C4). Dar dacă amplificatorul este excitat, atunci între firul comun și pinul 11 ​​va trebui să conectați un condensator electrolitic cu o capacitate de 5 - 10 µF. tensiune nominala 10 V.

Un alt experiment: porniți-l între pini 10 Și 3 microcircuite condensator ceramic sau hârtie cu o capacitate de 5 - 10 mii picofarads. Ce s-a întâmplat? Pe telefoane a apărut un sunet mediu necontenit. Pe măsură ce capacitatea acestui condensator crește, tonul sunetului din telefoane ar trebui să scadă, iar odată cu scăderea, ar trebui să crească. Verifica acest lucru.

Acum să deschidem această „cutie neagră” și să ne uităm la „umplerea” ei (Fig. 90). Da, acesta este un amplificator în două trepte cu cuplare directă între tranzistorii săi. Tranzistoare de siliciu, structuri n -R-n. Semnalul de joasă frecvență generat de microfon este furnizat (prin condensatorul C1) la intrarea microcircuitului (pin 3).

Căderea de tensiune creată pe rezistor R6 în circuitul emițător al tranzistorului V2, prin rezistențe R4 Și R5 alimentat la baza tranzistorului VI și îl deschide. Rezistor R1 — sarcina acestui tranzistor. Semnalul amplificat preluat de la acesta merge la baza tranzistorului V2 pentru un câștig suplimentar.

Într-un amplificator experimental cu o sarcină de tranzistor V2 erau căști incluse în circuitul său colector, care transformau semnalul de joasă frecvență în sunet.

Dar sarcina sa ar putea fi o rezistență R5 microcircuite, dacă conectați cablurile împreună 10 Și 9. În acest caz, telefoanele trebuie conectate între firul comun și punctul de conectare al acestor borne printr-un condensator electrolitic cu o capacitate de câteva microfaradi (placa pozitivă la microcircuit).

Când conectați un condensator între firul comun și borna 12 microcircuit, volumul sunetului a crescut, de ce? Pentru că manevează rezistorul R6 microcircuit, a slăbit feedback-ul negativ asupra curentului alternativ care funcționează în el.

Feedback-ul negativ a devenit și mai slab atunci când ați inclus un al doilea condensator în circuitul de bază al tranzistorului V1. Și al treilea condensator conectat între firul comun și ieșire 11, format cu un rezistor R7 filtru de decuplare a microcircuitului care previne excitarea amplificatorului.

Ce s-a întâmplat când ai conectat un condensator între borne? 10 si 5? El a creat un feedback pozitiv între ieșirea și intrarea amplificatorului, care l-a transformat într-un oscilator de frecvență audio.

Deci, după cum puteți vedea, microcircuitul K118UN1B (sau K118UN1A) este un amplificator care poate fi de joasă frecvență sau de înaltă frecvență, de exemplu, într-un receptor. Dar poate deveni și un generator de oscilații electrice atât de frecvențe joase, cât și de înalte.

Microcircuit într-un receptor radio

Ne propunem să testăm acest microcircuit pe calea de înaltă frecvență a unui receptor asamblat, de exemplu, conform circuitului prezentat în Fig. 91. Circuitul de intrare al antenei magnetice a unui astfel de receptor este format dintr-o bobină L1 și un condensator variabil C1. Semnal de înaltă frecvență de la postul de radio la care este acordat circuitul, printr-o bobină de comunicare L2 si condensator de izolare C2 ajunge la intrare (ieșire 3) microcircuite L1.

De la ieșirea microcircuitului (ieșire 10, conectat la ieșire 9) semnalul amplificat este alimentat printr-un condensator C4 pentru detector, diode VI Și V2 care sunt pornite în funcție de circuitul de multiplicare a tensiunii, iar semnalul de joasă frecvență alocat acestuia este telefonul ÎN 1 convertit în sunet. Receptorul este alimentat de la baterie G.B.1, compus din patru elemente 332, 316 sau cinci baterii D-01.

În multe receptoare cu tranzistori, amplificatorul de înaltă frecvență este format din tranzistori, dar în acesta este un microcircuit. Aceasta este singura diferență dintre ele. Având experiența atelierelor anterioare, sper că veți putea monta în mod independent și G configurați un astfel de receptor și chiar dacă doriți, completați-l cu un amplificator de joasă frecvență pentru recepția radio cu voce tare.

Pe un cip logic

O parte integrantă a multor circuite integrate digitale este elementul logic ȘI-NU, al cărui simbol îl vedeți în Fig. 92, A. Simbolul său este semnul „&” plasat în interiorul unui dreptunghi, de obicei în colțul din stânga sus, înlocuind conjuncția „ȘI” în engleză. Există două sau mai multe intrări în stânga, o ieșire în dreapta.

Cercul mic care începe linia de comunicare a semnalului de ieșire simbolizează Negația logică „NU” la ieșirea microcircuitului. În limbajul tehnologiei digitale, „NU” înseamnă că elementul NAND este un invertor, adică un dispozitiv ai cărui parametri de ieșire sunt opuși celor de intrare.

Starea electrică și funcționarea unui element logic sunt caracterizate de nivelurile semnalului la intrările și ieșirile sale. Un semnal de tensiune mic (sau zero), al cărui nivel nu depășește 0,3 - 0,4 V, este de obicei numit (în conformitate cu sistemul de numere binar) zero logic (0) și un semnal de tensiune mai mare (comparativ cu 0 logic). , al cărui nivel poate fi 2,5 - 3,5 V, - unitate logică (1).

De exemplu, ei spun: „ieșirea elementului este 1 logic”. Aceasta înseamnă că în momentul de față a apărut un semnal la ieșirea elementului, a cărui tensiune corespunde nivelului logic 1.

Pentru a nu aprofunda în tehnologia și structura elementului NAND, îl vom considera o „cutie neagră”, care are două intrări și o ieșire pentru un semnal electric.

Logica elementului este că atunci când O logic este aplicat uneia dintre intrările sale, iar 1 logic este aplicat celei de-a doua intrări, la ieșire apare un semnal logic 1, care dispare atunci când semnalele corespunzătoare lui 1 logic sunt aplicate ambelor intrări. .

Pentru experimentele care memorează această proprietate a elementului, veți avea nevoie de cel mai comun microcircuit K155LAZ, un voltmetru DC, o baterie proaspătă 3336L și două rezistențe cu o rezistență de 1...1,2 kOhm.

Microcircuitul K155LAZ este format din patru elemente 2I-NOT (Fig. 92, b), alimentat de o sursă comună de 5 V DC, dar fiecare dintre ele funcționează ca un dispozitiv logic independent. Numărul 2 din numele microcircuitului indică faptul că elementele sale au două intrări.

În aspect și design, acesta, ca toate microcircuitele din seria K155, nu diferă de microcircuitul analogic deja familiar K118UN1, doar polaritatea de conectare a sursei de alimentare este diferită. Prin urmare, placa de carton pe care ați făcut-o mai devreme este potrivită pentru experimente cu acest microcircuit. Sursa de alimentare este conectată: +5 V - la pinul 7" — 5 B - până la concluzie 14.

Dar aceste concluzii nu sunt de obicei indicate pe o diagramă schematică a microcircuitului. Acest lucru se explică prin faptul că pe diagramele de circuit elementele care alcătuiesc microcircuitul sunt reprezentate separat, de exemplu, ca în Fig. 92, v. Pentru experimente, puteți utiliza oricare dintre cele patru elemente ale sale.

Pini de microcircuit 1, 7, 8 Și 14 lipiți la stâlpii de sârmă de pe placa de carton (ca în Fig. 89). Unul dintre pinii de intrare ai oricăruia dintre elementele sale, de exemplu, un element cu pini 1 — 3, conectați printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm la ieșire 14, ieșirea celei de-a doua intrări este direct cu conductorul comun („împământat”) al circuitului de alimentare și conectați un voltmetru DC la ieșirea elementului (Fig. 93, A).

Porniți alimentarea. Ce arată voltmetrul? O tensiune de aproximativ 3 V. Această tensiune corespunde unui semnal logic 1 la ieșirea elementului. Folosind același voltmetru, măsurați tensiunea la ieșirea primei intrări. Și aici, după cum puteți vedea, este și 1 logic. Prin urmare, atunci când una dintre intrările elementului este 1 logic, iar a doua este 0 logic , rezultatul va fi logic 1.

Acum conectați ieșirea celei de-a doua intrări printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm la ieșire 14 și, în același timp, un jumper de sârmă - cu un conductor comun, așa cum se arată în Fig. 93, b.

În acest caz, ieșirea, ca și în primul experiment, va fi 1 logic. Apoi, urmărind acul voltmetrului, scoateți firul jumper, astfel încât un semnal corespunzător 1 logic să fie trimis la a doua intrare.

Ce înregistrează un voltmetru? Semnalul de la ieșirea elementului este convertit la 0 logic. Așa ar trebui să fie! Și dacă oricare dintre intrări este scurtcircuitată periodic la un fir comun și, prin urmare, simulează furnizarea unui 0 logic către acesta, atunci impulsurile de curent vor apărea la ieșirea elementului cu aceeași frecvență, așa cum este demonstrat de fluctuațiile acul voltmetrului. Verificați acest lucru experimental.

Proprietatea elementului NAND de a-și schimba starea sub influența semnalelor de control de intrare este utilizată pe scară largă în diferite dispozitive de calcul digital. Radioamatorii, în special începătorii, folosesc foarte des un element logic ca invertor - un dispozitiv al cărui semnal de ieșire este opus semnalului de intrare.

Următorul experiment poate confirma această proprietate a elementului. Conectați bornele ambelor intrări ale elementului împreună și, printr-un rezistor cu o rezistență de 1...1,2 kOhm, conectați-le la ieșire 14 (Fig. 93, V).

Astfel veți aplica un semnal corespunzător 1 logic la intrarea comună a elementului, a cărui tensiune poate fi măsurată cu un voltmetru. Care este rezultatul?

Acul voltmetrului conectat la acesta s-a abătut ușor de la marcajul zero. Aici, așadar, așa cum era de așteptat, semnalul corespunde cu 0 logic.

Apoi, fără a deconecta rezistorul de la ieșire 14 microcircuite, conectați intrarea elementului la conductorul comun de mai multe ori la rând cu un jumper de sârmă (în Fig. 93, V indicat printr-o linie întreruptă cu săgeți) și, în același timp, urmează acul voltmetrului. Deci veți fi convins că atunci când intrarea invertorului este 0 logic, ieșirea este 1 logic și, invers, când intrarea este 1 logic, ieșirea este 0 logic.

Așa funcționează un invertor, folosit în special de radioamatorii în dispozitivele cu impulsuri pe care le construiesc.

Un exemplu de astfel de dispozitiv este un generator de impulsuri asamblat conform circuitului prezentat în Fig. 94. Îi poți verifica imediat funcționalitatea, petrecându-i doar câteva minute.

Ieșirea elementului D1.1 este conectată la intrările elementului D1.2 același microcircuit, ieșirea lui este cu intrările elementului DJ.3, și ieșirea acestui element (ieșire 8) - cu intrare element D1.1 prin rezistența variabilă R1 . La ieșirea elementului D1.3 (între ieșiri 8 și un conductor comun) conectați căștile B1, o paralelă cu elementele D1.1 și D1.2 condensator electrolitic C1.

Setați motorul cu rezistență variabilă în poziția dreaptă (conform diagramei) și porniți alimentarea - veți auzi un sunet în telefoane, al cărui ton poate fi schimbat cu un rezistor variabil.

În acest experiment elementele D1.1, D1.2 șiD1.3, conectați unul la altul în serie, precum tranzistoarele unui amplificator cu trei trepte, au format un multivibrator - un generator de impulsuri electrice dreptunghiulare.

Microcircuitul a devenit un generator datorită unui condensator și rezistență, care au creat circuite de feedback dependente de frecvență între ieșirea și intrarea elementelor. Folosind un rezistor variabil, frecvența impulsurilor generate de multivibrator poate fi variată fără probleme de la aproximativ 300 Hz la 10 kHz.

Ce aplicație practică poate găsi un astfel de dispozitiv cu puls? Poate deveni, de exemplu, un sonerie de apartament, o sondă pentru verificarea performanței receptorului și a cascadelor de amplificator de joasă frecvență, un generator pentru antrenamentul în ascultarea alfabetului telegraf.

Slot de casă pe un cip

Un astfel de dispozitiv poate fi transformat într-un slot machine „Roșu sau Verde?” Diagrama unui astfel de dispozitiv de impuls este prezentată în Fig. 95. Iată elementele D1.1, D1.2, D1.3 același (sau același) microcircuit și condensator K155LAZ C1 formează un multivibrator similar, ale cărui impulsuri controlează tranzistoarele VI Și V2, conectat conform unui circuit emițător comun.

Element D1.4 functioneaza ca un invertor. Datorită acesteia, impulsurile multivibratoare ajung la bazele tranzistoarelor în antifază și le deschid alternativ. Deci, de exemplu, când nivelul logic este 1 la intrarea invertorului, iar nivelul logic este 0 la ieșire, atunci în aceste momente, tranzistorul ÎN 1 deschis și bec BUNĂ în circuitul său colector este aprins, iar tranzistorul V2 închis și becul său H2 nu arde.

Cu următorul impuls, invertorul își va schimba starea în invers. Acum tranzistorul se va deschide V2 iar lumina se aprinde H2, si tranzistorul VI becul se va închide H1 va ieși.

Dar frecvența impulsurilor generate de multivibrator este relativ mare (cel puțin 15 kHz) și becurile, desigur, nu pot răspunde la fiecare puls.

De aceea strălucesc slab. Dar merită să apăsați butonul S1 pentru a scurtcircuita condensatorul cu contactele sale C1și, prin urmare, perturbă generarea multivibratorului, atunci când becul tranzistorului pe baza căruia în acel moment va exista o tensiune corespunzătoare 1 logic se aprinde imediat puternic, iar celălalt bec se stinge complet.

Este imposibil să spunem în avans care dintre becuri va continua să se aprindă după apăsarea butonului - se poate doar ghici. Acesta este scopul jocului.

Slot machine împreună cu bateria (3336L sau trei elemente 343 conectate în serie) pot fi plasate într-o cutie mică, de exemplu, în cazul unui receptor „de buzunar”.

Becuri cu incandescență BUNĂ Și H2(MH2.5-0.068 sau MH2.5-0.15) puneți sub orificiile din peretele frontal al carcasei și acoperiți-le cu capace sau plăci de sticlă organică de culori roșii și verzi. Aici, întăriți întrerupătorul de alimentare (comutator basculant TV-1) și comutatorul cu buton §1(tip P2K sau KM-N) oprirea multivibratorului.

Configurarea unui slot machine implică selectarea cu atenție a unui rezistor R1. Rezistența sa ar trebui să fie astfel încât atunci când opriți multivibratorul cu butonul S1 de cel puțin 80 - 100 de ori numărul de lumini de pe fiecare dintre becuri a fost aproximativ același.

Mai întâi verificați dacă multivibratorul funcționează. Pentru a face acest lucru, paralel cu condensatorul C1, e, a cărei capacitate poate fi de 0,1...0,5 µF, conectați un condensator electrolitic cu o capacitate de 20...30 µF și căști la ieșirea multivibratorului - un sunet joasă ar trebui să apară în telefoane.

Acest sunet este un semn al funcționării multivibratorului. Apoi scoateți condensatorul electrolitic, rezistența R1 înlocuiți cu un rezistor de acord cu o rezistență de 1,2...1,3 kOhm și între bornele 8 și 11 elemente D.I..3 Și D1.4 porniți voltmetrul de curent continuu. Prin schimbarea rezistenței rezistenței de reglare, obțineți o poziție astfel încât voltmetrul să arate tensiune zero între ieșirile acestor elemente ale microcircuitului.

Pot exista orice număr de jucători. Fiecare persoană apasă pe rând pe butonul de oprire al multivibratorului. Câștigător este cel care, cu un număr egal de mișcări, de exemplu, douăzeci de apăsări de buton, ghicește culorile becurilor care se aprind de mai multe ori după ce multivibratorul se oprește.

Din păcate, frecvența multivibratorului celui mai simplu slot machine descris aici se modifică oarecum din cauza descarcării bateriei, ceea ce, desigur, afectează probabilitatea egală de a aprinde diferite becuri, deci este mai bine să-l alimentezi de la o sursă de tensiune stabilizată de 5. V.

Literatură: Borisov V.G. Atelier pentru radioamator începător.ed. a II-a, revăzută. si suplimentare - M.: DOSAAF, 1984. 144 p., ill. 55k.

CIRCUIT INTEGRAT
(IC), un circuit microelectronic format pe o placă minusculă (cristal sau „cip”) de material semiconductor, de obicei siliciu, care este utilizat pentru a controla și amplifica curentul electric. Un circuit integrat tipic constă din multe componente microelectronice interconectate, cum ar fi tranzistori, rezistențe, condensatoare și diode, fabricate la stratul de suprafață al cipului. Dimensiunile cristalelor de siliciu variază de la aproximativ 1,3-1,3 mm până la 13-13 mm. Progresele în circuitele integrate au condus la dezvoltarea tehnologiilor de circuite integrate la scară mare și la scară foarte mare (LSI și VLSI). Aceste tehnologii fac posibilă obținerea de circuite integrate, fiecare dintre ele conține multe mii de circuite: un singur cip poate conține mai mult de 1 milion de componente.
Vezi si DISPOZITIVE ELECTRONICE SEMICONDUCTORE. Circuitele integrate au o serie de avantaje față de predecesorii lor - circuite care au fost asamblate din componente individuale montate pe un șasiu. Circuitele integrate sunt mai mici, mai rapide și mai fiabile; De asemenea, sunt mai ieftine și mai puțin susceptibile la defecțiuni cauzate de vibrații, umiditate și îmbătrânire. Miniaturizarea circuitelor electronice a fost posibilă datorită proprietăților speciale ale semiconductorilor. Un semiconductor este un material care are o conductivitate electrică (conductivitate) mult mai mare decât un dielectric, cum ar fi sticla, dar semnificativ mai mică decât conductoarele precum cuprul. Rețeaua cristalină a unui material semiconductor, cum ar fi siliciul, are prea puțini electroni liberi la temperatura camerei pentru a oferi o conductivitate semnificativă. Prin urmare, semiconductorii puri au o conductivitate scăzută. Cu toate acestea, introducerea unei impurități adecvate în siliciu crește conductivitatea electrică a acestuia.
Vezi si TRANZISTOR. Dopanții sunt introduși în siliciu folosind două metode. Pentru dopajul intens sau în cazurile în care nu este necesar un control precis al cantității de impurități introduse, se folosește de obicei metoda difuziei. Difuzia fosforului sau a borului se realizează de obicei într-o atmosferă de dopant la temperaturi cuprinse între 1000 și 1150 ° C, timp de o jumătate de oră până la câteva ore. La implantarea ionică, siliciul este bombardat cu ioni dopanți de mare viteză. Cantitatea de impuritate implantată poate fi ajustată cu o precizie de câteva procente; precizia este importantă în unele cazuri, deoarece câștigul tranzistorului depinde de numărul de atomi de impurități implantați pe 1 cm2 de bază (vezi mai jos).

Productie. Fabricarea unui circuit integrat poate dura până la două luni, deoarece anumite zone ale semiconductorului trebuie dopate cu precizie. Într-un proces numit creșterea cristalului sau tragerea cristalului, este produsă mai întâi o placă cilindrică de siliciu de înaltă puritate. Din acest cilindru sunt tăiate plăci cu o grosime de, de exemplu, 0,5 mm. Napolitana este în cele din urmă tăiată în sute de bucăți mici numite așchii, fiecare dintre acestea fiind transformată într-un circuit integrat prin procesul descris mai jos. Procesul de prelucrare a cipurilor începe cu producția de măști pentru fiecare strat al CI. Se realizează un șablon la scară largă, în formă de pătrat cu o suprafață de cca. 0,1 m2. Un set de astfel de măști conține toate componentele IC: niveluri de difuzie, niveluri de interconectare etc. Întreaga structură rezultată este redusă fotografic la dimensiunea unui cristal și reprodusă strat cu strat pe o placă de sticlă. Un strat subțire de dioxid de siliciu este crescut pe suprafața plachetei de siliciu. Fiecare placă este acoperită cu un material sensibil la lumină (fotorezist) și expusă la lumina transmisă prin măști. Zonele neexpuse ale stratului fotosensibil sunt îndepărtate cu un solvent, iar cu ajutorul unui alt reactiv chimic care dizolvă dioxidul de siliciu, acesta din urmă este gravat din acele zone în care nu mai este protejat de învelișul fotosensibil. Variațiile acestei tehnologii de proces de bază sunt utilizate în fabricarea a două tipuri principale de structuri de tranzistori: bipolar și cu efect de câmp (MOS).
Tranzistor bipolar. Un astfel de tranzistor are o structură de tip n-p-n sau, mult mai puțin frecvent, de tip p-n-p. De obicei, procesul începe cu o placă (substrat) de material de tip p puternic dopat. Un strat subțire de siliciu de tip n ușor dopat este crescut epitaxial pe suprafața acestei plachete; astfel, stratul crescut are aceeași structură cristalină ca și substratul. Acest strat trebuie să conțină partea activă a tranzistorului - în el se vor forma colectori individuali. Placa este mai întâi plasată într-un cuptor cu vapori de bor. Difuzia borului în placheta de siliciu are loc numai acolo unde suprafața sa a fost gravată. Ca rezultat, se formează regiuni și ferestre din material de tip n. Un al doilea proces la temperatură ridicată, care utilizează vapori de fosfor și o altă mască, servește la formarea contactului cu stratul colector. Prin realizarea difuziilor succesive de bor și fosfor se formează baza și respectiv emițătorul. Grosimea bazei este de obicei de câțiva microni. Aceste insule minuscule de conductivitate de tip n și p sunt conectate într-un circuit comun prin interconexiuni realizate din vapori de aluminiu depuși sau pulverizați în vid. Uneori, metale nobile precum platina și aurul sunt folosite în aceste scopuri. Tranzistoarele și alte elemente de circuit, cum ar fi rezistențele, condensatorii și inductoarele, împreună cu interconexiunile asociate, pot fi formate în wafer prin tehnici de difuzie printr-o serie de operații, creând în cele din urmă un circuit electronic complet. Vezi și TRANZISTOR.
tranzistor MOSFET. Cel mai utilizat este MOS (metal-oxide-semiconductor) - o structură formată din două regiuni apropiate de siliciu de tip n implementate pe un substrat de tip p. Pe suprafața siliciului se formează un strat de dioxid de siliciu, iar deasupra acestui strat (între regiunile de tip n și captându-le ușor) se formează un strat de metal localizat, care acționează ca o poartă. Cele două regiuni de tip n menționate mai sus, numite sursă și scurgere, servesc ca elemente de legătură pentru intrare și respectiv ieșire. Prin ferestrele prevăzute în dioxid de siliciu se realizează conexiuni metalice la sursă și scurgere. Un canal de suprafață îngust de material de tip n conectează sursa și scurgerea; în alte cazuri, canalul poate fi indus - creat de tensiunea aplicată porții. Când o tensiune pozitivă este aplicată la poarta unui tranzistor cu canal indus, stratul de tip p de sub poartă este convertit într-un strat de tip n, iar un curent controlat și modulat de semnalul care intră în poartă curge de la sursă la scurgere. MOSFET-ul consumă foarte puțină energie; Are impedanță mare de intrare, curent de scurgere scăzut și zgomot foarte scăzut. Deoarece poarta, oxidul și siliciul formează un condensator, un astfel de dispozitiv este utilizat pe scară largă în sistemele de memorie ale computerelor (vezi mai jos). În circuitele complementare sau CMOS, structurile MOS sunt folosite ca sarcini și nu consumă energie atunci când tranzistorul MOS principal este în starea inactivă.

După finalizarea procesării, plăcile sunt tăiate în bucăți. Operația de tăiere se realizează cu un ferăstrău circular cu margini de diamant. Fiecare cristal (cip sau IC) este apoi închis într-unul din mai multe tipuri de carcasă. Sârma de aur de 25 microni este utilizată pentru a conecta componentele IC la cadrul de plumb al pachetului. Pinii de cadru mai groși permit conectarea IC-ului la dispozitivul electronic în care va funcționa.
Fiabilitate. Fiabilitatea unui circuit integrat este aproximativ aceeași cu cea a unui tranzistor individual de siliciu, echivalent ca formă și dimensiune. Teoretic, tranzistorii pot dura mii de ani fără defecțiuni - un factor critic pentru aplicații precum rachetele și tehnologia spațială, unde o singură defecțiune poate însemna eșecul complet al proiectului.
Microprocesoare și minicalculatoare. Introduse pentru prima dată public în 1971, microprocesoarele îndeplineau majoritatea funcțiilor de bază ale unui computer pe un singur circuit integrat de siliciu, implementat pe un cip de 5-5 mm. Datorită circuitelor integrate, a devenit posibilă crearea minicalculatoarelor - calculatoare mici în care toate funcțiile sunt efectuate pe unul sau mai multe circuite integrate mari. Această miniaturizare impresionantă a dus la o reducere dramatică a costurilor de calcul. Minicalculatoarele produse în prezent, cu un preț mai mic de 1.000 de dolari, sunt la fel de puternice ca primele computere foarte mari, care costau până la 20 de milioane de dolari la începutul anilor 1960. Microprocesoarele sunt folosite în echipamente de comunicații, calculatoare de buzunar și ceasuri de mână. , jocuri electronice, echipamente automate de bucătărie și bancare, control automat al combustibilului și posttratare a gazelor de eșapament în autoturisme, precum și multe alte dispozitive. O mare parte din industria electronică globală de 15 miliarde de dolari se bazează pe circuite integrate într-un fel sau altul. În întreaga lume, circuitele integrate sunt folosite în echipamente cu o valoare totală de multe zeci de miliarde de dolari.
Dispozitive de stocare pe computer.În electronică, termenul „memorie” se referă de obicei la orice dispozitiv conceput pentru a stoca informații în formă digitală. Printre numeroasele tipuri de dispozitive de stocare (MSD), luăm în considerare memoria cu acces aleatoriu (RAM), dispozitivul cuplat cu încărcare (CCD) și memoria doar pentru citire (ROM). Pentru RAM, timpul de acces la orice celulă de memorie situată pe cip este același. Astfel de dispozitive pot stoca 65.536 de biți (unități binare, de obicei 0 și 1), un bit per celulă și sunt un tip de memorie electronică utilizat pe scară largă; pe fiecare cip au cca. 150 de mii de componente. RAM-urile sunt disponibile cu o capacitate de 256 Kbit (K = 210 = 1024; 256 K = 262.144). În dispozitivele de memorie cu acces secvenţial, circulaţia biţilor stocaţi are loc ca de-a lungul unui transportor închis (CCD-urile folosesc exact acest tip de eşantionare). Un CCD, un IC configurat special, poate plasa pachete de sarcini electrice sub bucăți mici de metal distanțate, care sunt izolate electric de cip. Încărcarea (sau lipsa acesteia) se poate deplasa astfel în întregul dispozitiv semiconductor de la o celulă la alta. Ca rezultat, devine posibil să stocați informații ca o secvență de unu și zero (cod binar) și să le accesați atunci când este necesar. Deși CCD-urile nu pot concura cu memoria RAM în ceea ce privește viteza, ele pot procesa cantități mari de informații la un cost mai mic și sunt utilizate acolo unde memoria cu acces aleatoriu nu este necesară. Memoria RAM, realizată pe un astfel de IC, este volatilă, iar informațiile înregistrate în ea se pierd atunci când alimentarea este oprită. Informațiile sunt introduse în ROM în timpul procesului de producție și sunt stocate permanent. Dezvoltarea și lansarea de noi tipuri de IP nu se oprește. ROM-urile programabile șterse (EPROM) au două porți, una peste cealaltă. Când se aplică tensiune la poarta superioară, cea inferioară poate dobândi o sarcină, care corespunde cu 1 în codul binar, iar la comutarea (inversarea) tensiunii, poarta își poate pierde sarcina, care corespunde cu 0 în codul binar. .
Vezi si
ECHIPAMENTE DE BIROU SI ECHIPAMENTE DE BIROU;
CALCULATOR ;
COMUNICAȚII ELECTRONICE;
ACUMULARE ȘI CĂUTARE DE INFORMAȚII.
LITERATURĂ
Meizda F. Circuite integrate: tehnologie și aplicații. M., 1981 Zi S. Fizica dispozitivelor semiconductoare. M., 1984 Tehnologia VLSI. M., 1986 Maller R., Keimin S. Elements of integrated circuits. M., 1989 Shur M.S. Fizica dispozitivelor semiconductoare. M., 1992

Enciclopedia lui Collier. - Societate deschisă. 2000 .

Vedeți ce este „CIRCUIT INTEGRAT” în alte dicționare:

Un dispozitiv solid care conține un grup de dispozitive și conexiunile (conexiunile) acestora, realizate pe o singură placă (substrat). În I. s. Sunt integrate elemente pasive (capacitate, rezistențe) și elemente active, a căror acțiune se bazează pe diverse. fizic...... Enciclopedie fizică

- (IC, circuit integrat, microcircuit), dispozitiv microminiatural cu o densitate mare de împachetare a elementelor (diode, tranzistoare, rezistențe, condensatoare etc.), indisolubil legate (unite) între ele structural, tehnologic... ... Enciclopedie modernă

- (circuit integrat IC, microcircuit), un dispozitiv electronic microminiatural, ale cărui elemente sunt indisolubil legate (unite) structural, tehnologic și electric. IS sunt împărțite: după metoda de combinare (integrare) a elementelor în... Dicţionar enciclopedic mare

circuit integrat- (ITU T Q.1741). Subiecte: telecomunicații, concepte de bază EN circuit integratIC... Ghidul tehnic al traducătorului

Solicitarea „BIS” este redirecționată aici; vezi și alte sensuri. Circuite integrate moderne concepute pentru montaj la suprafață. (micro)circuit integrat (... Wikipedia

- (ESTE). circuit integrat (IC), microcircuit, dispozitiv electronic microminiatural cu o densitate mare de ambalare a elementelor interconectate (de obicei electric) (diode, tranzistoare, rezistențe, condensatoare etc.),... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

- (IC, circuit integrat, microcircuit), un dispozitiv electronic microminiatural, ale cărui elemente sunt fabricate într-un singur ciclu tehnologic și sunt indisolubil legate (unite) structural și electric. Circuitele integrate sunt împărțite în:... Dicţionar enciclopedic

Dezvoltarea microelectronicii a condus la începutul anilor 70 la apariția unor LSI-uri înalt specializate care conțin sute și mii de elemente logice și care îndeplinesc una sau un număr limitat de funcții. Varietatea de tipuri de echipamente digitale a necesitat extinderea gamei LSI-urilor, care a fost asociată cu costuri inacceptabile din punct de vedere economic. Calea de ieșire din această situație a fost dezvoltarea și producția pe scară largă a unei game limitate de LSI-uri care îndeplinesc diverse funcții în funcție de semnalele de control extern. Seturi de astfel de LSI formează kituri de microprocesoare și fac posibilă construirea unei varietăți de echipamente digitale de orice complexitate. Cea mai importantă supercomponentă a kitului BIS este microprocesor(MP): LSI standard universal, ale cărui funcții sunt determinate de un program dat.

O caracteristică calitativă a deputaților este posibilitatea de restructurare funcțională a acestora prin modificarea programului extern. În esență, MP-urile sunt elementele centrale de procesare ale unui computer, realizate sub forma unuia sau mai multor LSI.

Principala diferență între MP și alte tipuri de circuite integrate este capacitatea de a programa secvența de funcții efectuate, adică capacitatea de a funcționa conform unui program dat.

Tabelul 4.1

Desemnare	tehnologie	Numărul de circuite integrate	adâncime de biți,	Performanţă,
	R-TIR
	n-TIR
	n-TIR
	n-TIR
	n-TIR
	p-TIR
	n-TIR
	R-TIR
	R-TIR
	n-TIR

Introducerea microprocesoarelor face posibilă schimbarea principiului de proiectare a echipamentelor digitale. Anterior, implementarea unui nou algoritm necesita dezvoltarea unui nou hardware. Acum, când se utilizează MP, nu este necesar un echipament nou pentru a implementa un nou algoritm; este suficient să-și schimbe programul de operare în consecință. Această caracteristică explică interesul enorm manifestat în țara noastră și în străinătate față de dispozitivele cu microprocesor.

Un interval scurt de timp (1971-1975) se caracterizează prin apariția deputaților cu o mare varietate de modificări. În prezent, numărul de tipuri de MP din lume depășește 1000.

Parametrii principalelor tipuri de kituri cu microprocesoare domestice (MPC) sunt prezentați în tabel. 4.1.

4.2. Structuri de microprocesoare

O diagramă bloc simplificată a MP este prezentată în Fig. 4.1.

Figura 4.1

Figura 4.2

Microprocesorul conține un dispozitiv aritmetic-logic ALU, dispozitive de stocare pentru stocarea informațiilor cu acces aleatoriu (RAM) și numai citire (ROM), un dispozitiv de control care primește, decodifică comenzile și stabilește secvența executării acestora, precum și intrare-ieșire. dispozitive (I/O) de informare, cu ajutorul cărora se introduc datele inițiale și se scot datele obținute în urma funcționării MP-ului.

Microprocesoarele procesează numere de 2, 4, 8, 16, 32 de biți, efectuează 30...500 de comenzi de adunare, scădere, deplasare și operații logice. MP-urile de patru și opt biți sunt LSI-uri cu dimensiuni de cristal de 5 x 5 x 0,2 mm.

O diagramă bloc generalizată a MP este prezentată în Fig. 4.2. Unitate logică aritmetică ALU efectuează diverse operații aritmetice și logice asupra numerelor și adreselor reprezentate în cod binar. Compoziția operațiilor efectuate de ALU este determinată de o listă de instrucțiuni (set de comenzi). Setul de comenzi include de obicei adunări și înmulțiri aritmetice și logice, deplasări, comparații etc. Operațiile aritmetice sunt efectuate în conformitate cu regulile aritmeticii binare. Operațiile logice sunt efectuate conform regulilor algebrei booleene.

ALU include un sumator, schimbătoare, registre și alte elemente.

Dispozitiv de control controlează funcționarea ALU și a tuturor celorlalte blocuri MP. Unitatea de control primește comenzi de la blocul de memorie. Aici ele sunt convertite în semnale de control binare pentru a executa o anumită comandă. Funcționarea unității de control este sincronizată de un cronometru, care distribuie procesul de execuție a comenzii în timp. O instrucțiune este un cuvânt binar de 8, 16, 24 de biți sau mai mult (până la 64), dintre care unii reprezintă codul de operare, iar restul sunt distribuite între adresele de date (operanzi) din memorie. O instrucțiune cu o parte de adresă de 16 biți vă permite să accesați 2 16 -1 = 65635 celule de memorie. Această cantitate, de regulă, este destul de suficientă pentru problemele rezolvate de MP. Acest acces la memorie este numit adresare directă.

Cu toate acestea, adresarea indirectă este utilizată mai des, ceea ce este necesar atunci când lățimea de biți a părții de adresă este mai mică decât este necesar. În acest caz, adresarea se realizează în două etape. În prima etapă, folosind adresa conținută în comandă, se selectează o celulă care conține adresa altei celule, din care operandul este selectat în a doua etapă. Comanda cu metoda de adresare indirectă trebuie să conțină un bit din atributul operandului, a cărui stare determină ce este selectat în această etapă: adresa operandului sau operandul însuși? Desigur, metoda de adresare indirectă este mai lentă decât cea directă. Permite, prin creșterea capacității de memorie a adresei, accesarea unui număr de operanzi de 2 n ori (unde n este dimensiunea părții de adresă a comenzii) mai mare decât în ​​metoda directă.

Dispozitivul de control distribuie orice operație conform codului specificat de cuvântul de comandă într-o succesiune de faze (faze de adresare și faze de execuție), numită ciclu. Datorită capacității limitate a MP, operațiile pe operanzi de lățime mare pot fi efectuate în două sau mai multe cicluri. Evident, acest lucru reduce performanța MP de 2 sau de mai multe ori. Acest lucru duce la o concluzie interesantă și practic importantă: viteza MP este invers dependentă de precizie, care este determinată în mod unic de capacitatea de biți a operanzilor.

Microprocesorul contine bloc de înregistrare(R). Registrele de lucru MP reprezintă fizic celule de memorie identice utilizate pentru stocarea super-operativă a informațiilor curente (SRAM). După funcțiile îndeplinite, P conține grupuri asociate cu anumite elemente ale structurii MP.

Două registrul de operanzi(O) În timpul executării unei operații, ALU stochează două numere binare. La sfârșitul operațiunii în primul registru, numărul este înlocuit cu rezultatul, adică se acumulează, așa cum ar fi (de unde și numele registrului „acumulator”). Conținutul celui de-al doilea registru de operand este înlocuit în operația următoare cu un alt operand, în timp ce conținutul acumulatorului poate fi stocat printr-un număr de instrucțiuni speciale.

Registrul de comenzi(K) stochează în timpul execuției operației mai mulți biți ai cuvântului de comandă, care reprezintă codul pentru această operație. Partea de adresă a cuvântului de comandă este conținută în registrul de adrese A.

După implementarea oricărei operații, lățimea de biți a rezultatului poate fi mai mare decât lățimea de biți a fiecărui operanzi, care este înregistrată de starea unui registru steag, numit uneori declanșator de preaplin.În timpul procesului de depanare a programului compilat, programatorul trebuie să monitorizeze starea registrului de steag și, dacă este necesar, să elimine depășirea care a avut loc.

Foarte importante în sistemul de comandă MP sunt comenzi de tranziție să execute o anumită secțiune a programului în funcție de anumite caracteristici și condiții, așa-numitele comenzi tranziții condiționate. Prezența unor astfel de echipe determină nivelul de „inteligență” al deputatului, deoarece îi caracterizează capacitatea de a lua decizii alternative și de a alege căi diferite în funcție de condițiile apărute în timpul deciziei. Pentru a determina astfel de condiții, o specială registrul de stare(C), stabilirea stării MP la fiecare moment al execuției programului și transmiterea unui semnal de tranziție către unitatea de comandă la comandă, a cărei adresă este cuprinsă într-un registru special numit contor de programe(SK). Comenzile din memorie sunt scrise într-o anumită secvență de program la adrese care formează o serie naturală, adică adresa comenzii următoare diferă de adresa celei anterioare câte una. Prin urmare, atunci când se implementează o secvență continuă de comenzi, adresa următoarei comenzi se obține prin adăugarea uneia la conținutul CS, adică se formează ca rezultat al numărării. Scopul IC este de a găsi adresele de comandă necesare, iar dacă există comenzi de salt în program, este posibil ca următoarea comandă să nu aibă următoarea adresă. În acest caz, partea de adresă a comenzii de tranziție este scrisă în CS.

Registre de uz general(RON) sunt folosite pentru a stoca rezultate intermediare, adrese și comenzi care apar în timpul execuției programului și pot comunica prin intermediul magistralelor comune cu alte registre de lucru, precum și cu contoare de programe și un bloc de informații de intrare/ieșire. Un MP conține de obicei 10...16 RON a câte 2...8 biți fiecare. Numărul de lei caracterizează indirect capacitățile de calcul ale MP.

Un interes deosebit este prezența în multe modele MP a unui grup de registre care au o organizare de depozit sau stivă - așa-numita stive. Stiva vă permite să organizați secvența corectă de execuție a diferitelor secvențe de operații aritmetice fără a face schimb de memorie. Un operand sau altă informație poate fi împins în stivă fără a specifica o adresă, deoarece fiecare cuvânt plasat pe el ocupă mai întâi primul registru, apoi este „împins” de cuvintele ulterioare de fiecare dată când un registru mai adânc. Ieșirea informațiilor are loc în ordine inversă, începând cu primul registru, care stochează ultimul cuvânt împins în stivă. În acest caz, ultimele registre sunt șterse.

Blocurile ALU, UU, P formează CPU(CPU) inclus în orice computer: evidențiat în Fig. 4.2 cu o linie întreruptă. MP poate include temporizator(T), folosind un condensator de sincronizare suspendat sau un rezonator cu cuarț. Cronometrul este inima MP, deoarece funcționarea acestuia determină dinamica tuturor informațiilor, a adresei și a semnalelor de control și sincronizează funcționarea unității de control și, prin aceasta, a altor elemente ale structurii. Frecvența ceasului, numită ceas, este selectat ca maxim și este limitat doar de întârzierile semnalului, determinate în principal de tehnologia de fabricație LSI. Viteza cu care un microprocesor execută un program este direct proporțională cu frecvența ceasului.

MP poate include dispozitiv de intrare/ieșire(UVV) pentru schimbul de informații între MP și alte dispozitive.

Semnale de trei tipuri - informație, adresă și control - pot fi transmise pe una, două sau trei magistrale. Obosi este un grup de linii de comunicație, al căror număr determină adâncimea de biți a informațiilor binare transmise simultan prin aceasta.

Numărul de linii de magistrală de informații (IS) determină cantitatea de informații primite sau transmise de MP într-un singur acces la memorie, dispozitiv de intrare sau de ieșire. Majoritatea parlamentarilor au informații cu 8 autobuze autostrada. Acest lucru permite să fie primite simultan opt unități binare de informații (1 octet). Un octet de informație poate conține unul dintre cele 256 de caractere posibile ale alfabetului sursei de informații sau unul dintre cele 256 de coduri de operare posibile. Acest număr de caractere valide și tipuri de operații este suficient pentru majoritatea aplicațiilor.

Pe autostrada de informare sunt parlamentari care conțin 16 și 32 de autobuze.

Numărul de linii din magistrala de control (VIII) depinde de ordinea interacțiunii dintre MP, memorie și informațiile externe din aer. De obicei, magistralele de control conțin 8... 16 linii.

4.3. Microcalculator

Un rezultat important al dezvoltării LSI-urilor programabile a fost dezvoltarea microcalculatoarelor. Dacă un microcomputer este creat pe un singur circuit integrat, atunci se numește single-chip. O diagramă bloc simplificată a unui microcalculator este prezentată în Fig. 4.3.

Figura 4.3

După cum puteți vedea, conține o unitate centrală de procesare (CPU) (care are o structură similară MP-ului discutat mai sus), ROM, RAM și dispozitive de intrare și ieșire. Dispozitivul de intrare conține selector de adrese si asa-zisa porturi de intrare pentru citirea informațiilor de pe o dischetă, ADC, teletype, bandă perforată. Dispozitivul de ieșire conține, de asemenea, un selector de adrese și porturi de ieșire a informațiilor (afișaj, dispozitiv de imprimare, dispozitiv de ieșire cu bandă perforată, DAC).

Datele primite de dispozitivul de intrare sunt transmise către magistrala de adrese, de obicei sub formă de semnale de coduri paralele sau seriale de 8 biți prin portul de intrare. Selectorul de adrese specifică portul de intrare care transmite date pe autostrada informațională la un moment dat. Memoria principală este formată din ROM și RAM. Memoria permanentă este folosită ca memorie de program pe care dezvoltatorul de microcalculatoare a preprogramat-o în funcție de cerințele utilizatorului. Diferite programe folosesc diferite părți ale ROM-ului.

Memoria de date dintr-un microcomputer este RAM. Informațiile stocate în RAM sunt șterse atunci când sursa de alimentare este oprită. Datele care intră în RAM sunt procesate de CPU conform programului stocat în ROM. Rezultatele operațiunilor pe procesor sunt stocate într-un program special conduce informații numite baterie sau RAM. Acestea pot fi scoase prin comandă printr-unul dintre porturile de ieșire la dispozitivele de ieșire conectate la acel port. Portul de ieșire necesar este selectat folosind un circuit de selectare a adresei.

4.4. Dispozitive de stocare

Cele mai importante blocuri de echipamente digitale sunt dispozitivele de stocare (blocuri de memorie), care sunt împărțite în externe și interne. Extern Dispozitivele de memorie sunt încă implementate pe benzi magnetice și discuri magnetice. Ele asigură stocarea pe termen lung a informațiilor în absență! sursă de alimentare, precum și aproape orice capacitate de memorie necesară. Intern Dispozitivele de memorie sunt o parte integrantă a echipamentelor digitale. Anterior, acestea erau bazate pe miezuri de ferită cu o buclă de histerezis dreptunghiulară. Acum, în legătură cu dezvoltarea circuitelor integrate, există oportunități ample pentru crearea dispozitivelor de memorie semiconductoare.

Dispozitivele de memorie includ următoarele tipuri de dispozitive de stocare:

Dispozitive de stocare cu acces aleatoriu, efectuarea de înregistrare și stocare a informațiilor binare arbitrare. În sistemele digitale, RAM stochează rețele de date procesate și programe care determină procesul de procesare curentă a informațiilor. În funcție de scop și structură, memoria RAM are o capacitate de 10 2 ... 10 7 biți.

Dispozitive de stocare numai pentru citire care servește la stocarea informațiilor, al căror conținut nu se modifică în timpul funcționării sistemului, de exemplu, subrutine standard și microprograme utilizate în timpul funcționării, valori tabelare ale diferitelor funcții, constante etc. Informațiile sunt scrise în ROM de către producătorul LSI.

Dispozitive de memorie programabile numai pentru citire sunt un tip de ROM, caracterizat prin posibilitatea de înregistrare unică a informațiilor conform instrucțiunilor clientului.

ROM-uri reprogramabile, deosebindu-se de cele conventionale prin posibilitatea modificarilor electrice multiple ale informatiilor efectuate de catre client. Volumul EEPROM-ului este de obicei de 10 2 ... 10 5 biți.

Dispozitivele de memorie doar pentru citire (ROM, PROM, RPZU) sunt necesare pentru a păstra informațiile atunci când alimentarea este oprită.

Parametrii principali ai memoriei sunt: ​​capacitatea de informare în biți; perioada minima de circulatie; intervalul minim acceptabil între începutul unui ciclu și începutul celui de-al doilea; frecvența maximă de circulație este reciproca perioadei minime de circulație; putere specifică - puterea totală consumată în modul de stocare, pe 1 bit; Costul specific al unui bit de informație este costul total al cristalului împărțit la capacitatea de informare.

4.5. Dispozitive de stocare cu acces aleatoriu

Structura tipică a RAM LSI este prezentată în Fig. 4.4.

Figura 4.4

Figura 4.5

Nodul principal este o matrice de celule de memorie (MCM), constând din n linii cu T celule de stocare (formând un cuvânt bit) în fiecare linie. Capacitatea de informare a memoriei LSI este determinată de formulă N= nm pic.

Intrările și ieșirile celulelor de memorie sunt conectate la magistralele de adrese ASH și bit RH. La scriere și citire, una sau simultan mai multe celule de memorie sunt accesate (selectate). În primul caz, utilizați matrici cu două coordonate(Fig. 4.5, a), în al doilea caz matrice cu eșantionare cuvânt cu cuvânt(Fig. 4.5,6).

Decodor de semnal de adresă(DAS) atunci când trimite semnalele de adresă adecvate, selectează celulele de memorie necesare. Cu ajutorul RS, MNP este conectat cu amplificatoare de înregistrare tamponate(BUZ) și citind(BMS). Schema de control al înregistrării(CPS) determină modul de funcționare al LSI (scriere, citire, stocare a informațiilor). Schema de selecție a cristalelor(SVK) permite executarea operațiilor de scriere-citire pe acest microcircuit. Semnalul de eșantionare cristal asigură selectarea LSI-ului de memorie necesar într-o memorie formată din mai multe LSI-uri.

Aplicarea unui semnal de control la intrarea CPS în prezența unui semnal de eșantionare cristal la intrarea SVK realizează o operație de scriere. Semnalul de la intrarea de informații BUZ (1 sau 0) determină informațiile scrise în celula de memorie. Semnalul de informații de ieșire este eliminat din BUS și are niveluri compatibile cu sistemele de informații digitale seriale.

Circuitele integrate mari ale RAM tind să se bazeze pe cele mai simple elemente TTL, TTLSh, MDP, KMDP, I 2 L, ESL, modificate ținând cont de specificul produselor specifice. În celulele de memorie dinamică, condensatorii de stocare sunt cel mai des utilizați, iar tranzistoarele MOS sunt folosite ca elemente cheie.

Alegerea bazei elementului este determinată de cerințele privind capacitatea de informare și performanța memoriei LSI. Cea mai mare capacitate se obține atunci când se utilizează elemente logice care ocupă o zonă mică pe cip: 2 L, MIS, SJ dinamic. LSI-urile cu elemente logice care au mici diferențe de niveluri logice (ESL, I 2 L), precum și elementele logice TTLSH, au performanțe ridicate.

Aplicații de frecvență ale LSI , folosind diverse soluții tehnice de bază, ilustrează Fig. 4.6.

Figura 4.6

Datorită dezvoltării tehnologiei și a circuitelor, performanța elementelor crește constant, astfel încât granițele dintre aceste zone se schimbă în timp în regiunea cu frecvențe de operare mai mari.

4.6. Dispozitive de stocare numai pentru citire

Circuitul ROM este similar cu circuitul RAM (vezi Fig. 4.4). Singurele diferențe sunt următoarele:

ROM-urile sunt folosite pentru a citi informații;

în ROM, mai mulți biți ai unei adrese sunt eșantionați simultan (4, 8, 16 biți);

informațiile scrise în ROM nu pot fi modificate, iar în modul de eșantionare sunt doar citite.

Circuitele integrate ROM mari sunt clasificate în programabil din fabrică(folosind șabloane speciale foto) și programabil de client(electric).

Figura 4.7

ROM-ul folosește o structură matriceală: rândurile sunt formate din magistralele de adrese ale DS, iar coloanele sunt formate din biții RS. Fiecare AS stochează un cod specific: un set dat de 1 și 0 logice. În MLP prezentat în Fig. 4.7, a, o singură scriere a codului este efectuată folosind diode care sunt conectate între ASC și acele RC-uri pe care ar trebui să existe un logic 1 la citire. De obicei, clientul este furnizat cu un ROM cu o matrice, în toate nodurile dintre care există diode.

Esența programării electrice unice a PROM este aceea că utilizatorul (folosind un dispozitiv de programare special) arde terminalele - jumperii acelor diode care sunt situate în locațiile 0 logic. Arderea terminalelor se realizează prin trecerea un curent prin dioda corespunzătoare care depășește valoarea admisă.

ROM-urile cu diode sunt simple, dar au un dezavantaj semnificativ: consumă energie semnificativă. Pentru a facilita funcționarea decodorului, în locul diodelor se folosesc tranzistori bipolari (Fig. 4.7,6) și (Fig. 4.7, c).

La utilizarea tranzistoarelor bipolare, AS asigură fluxul unui curent de bază, care în β b.t. +1 ori mai puțin decât emițătorul care alimentează RS. În consecință, puterea decodorului necesară este redusă semnificativ.

Un câștig și mai mare este oferit de utilizarea tranzistoarelor MOS, deoarece circuitul de poartă practic nu consumă energie. Ceea ce se folosește aici nu este arderea terminalelor, ci absența metalizării porții în tranzistoare care asigură citirea 0urilor logice în magistrala de biți.

4.7. Memorii programabile numai pentru citire

ROM-urile flashabile sunt cele mai versatile dispozitive de memorie. Diagrama bloc a RPOM este similară cu cea a RAM (vezi Fig. 4.4). O caracteristică distinctivă importantă a ROM este utilizarea unui tranzistor special proiectat cu o structură metal-nitrură-oxid-semiconductor (MNOS) în MNP. Principiul de funcționare al unei astfel de celule de memorie se bazează pe o modificare reversibilă a tensiunii de prag a tranzistorului MNOS. De exemplu, dacă faceți U ZIPor >U AS, atunci tranzistorul nu va fi deblocat prin impulsuri de adresă (adică, nu va participa la operație). În același timp, alte tranzistoare MNOS cu U

Structura unui tranzistor MNOS cu un canal indus R-tipul este prezentat în Fig. 4.8, a.

Figura 4.8

Aici dielectricul este format din două straturi: nitrură de siliciu (Si 3 N 4) și oxid de siliciu (SiO 2). Tensiunea de prag poate fi modificată prin aplicarea unor impulsuri de tensiune scurte (aproximativ 100 μs) de diferite polarități la poartă, cu o amplitudine mare de 30...50 V. Când se aplică un impuls de +30 V, tensiunea de prag U ZIPor = Este setat -5 V. Această tensiune este menținută dacă se utilizează un tranzistor sau o tensiune de poartă U ZI =±10V. În acest mod, tranzistorul MNOS funcționează ca un tranzistor MOS obișnuit cu un canal indus R-tip.

Când se aplică un impuls de -30 V, tensiunea de prag capătă valoarea USIpore ~20 V, așa cum se arată în Fig. 4.8, 6 și V.În acest caz, semnalele la intrarea tranzistorului U ZI ± 10 V nu pot scoate tranzistorul din starea închisă. Acest fenomen este utilizat în RPOM.

Funcționarea tranzistoarelor MNOS se bazează pe acumularea de sarcină la limita straturilor de nitrură și oxid. Această acumulare este rezultatul curenților de conducție inegale în straturi. Procesul de acumulare este descris prin expresie dq/ dt= eu sio 2 - Este i 3 n 4 . La tensiune negativă mare U O sarcină pozitivă se acumulează la graniță. Aceasta este echivalentă cu introducerea donatorilor în dielectric și este însoțită de o creștere a tensiunii de prag negativ. La tensiune pozitivă ridicată U La interfață se acumulează o sarcină negativă. Aceasta are ca rezultat o scădere a tensiunii de prag negativ. La tensiuni joase U Curenții SI din straturile dielectrice sunt reduse cu 10...15 ordine de mărime, astfel încât sarcina acumulată este reținută timp de mii de ore și, în consecință, tensiunea de prag este păstrată.

O altă posibilitate este cunoscută pentru construirea unei celule de memorie pentru ROM bazată pe tranzistori MOS cu un dielectric cu un singur strat. Dacă aplicați o tensiune suficient de mare pe poartă, veți vedea avalanșă dielectric, în urma căruia electronii se vor acumula în el. În acest caz, tensiunea de prag a tranzistorului se va modifica. Încărcarea electronilor este menținută timp de mii de ore. Pentru a rescrie informațiile, este necesar să eliminați electronii din dielectric. Acest lucru se realizează prin iluminarea cristalului cu lumină ultravioletă, care provoacă un efect fotoelectric: scoaterea electronilor din dielectric.

Folosind Ștergere UV este posibilă simplificarea semnificativă a circuitului RPOM. Diagrama bloc generalizată a unui RPOM cu ștergere ultravioletă (Fig. 4.9) conține, pe lângă MAP, un decodor de semnal de adresă (DAS), un dispozitiv de selecție cu cristale (CSD) și un amplificator tampon (BU) pentru citirea informațiilor.

Figura 4.9

Conform diagramei bloc date, se realizează în special un RPOM LSI cu ștergere ultravioletă de tip K573RF1 cu o capacitate de 8192 de biți.

4.8. Convertoare digital-analogic

Scopul DAC este de a converti un semnal digital binar într-o tensiune analogică echivalentă. O astfel de conversie poate fi realizată folosind circuite rezistive prezentate în Fig. 4.10.

Figura 4.10

Un DAC cu rezistențe binare de greutate (Figura 4.10a) necesită mai puține rezistențe, dar necesită o gamă de valori de rezistență de precizie. Tensiune de ieșire analogică U DAC-ul este definit ca o funcție a tensiunilor de intrare pe două niveluri:

U un =( U A+2 U B+4 U C +…)/(1+2+4+...).

Pe intrările digitale U A , U B, U C, ... tensiunea poate lua doar două valori fixe, de exemplu, fie 0, fie 1. Pentru un DAC care utilizează rezistențe RȘi R/2, Sunt necesare mai multe rezistențe (Fig. 4.10.6), dar cu doar două valori. Tensiunea analogică la ieșirea unui astfel de DAC este determinată de formula

U un =( U A+2 U B+4 U C +…+m U n)/2 n

unde n - numărul de biți DAC; T - coeficient în funcție de numărul de biți DAC.

Pentru a asigura o precizie ridicată, circuitele DAC rezistive trebuie să funcționeze cu o sarcină de înaltă rezistență. Pentru a potrivi circuitele rezistive cu sarcini de impedanță scăzută, se folosesc amplificatoare tampon bazate pe amplificator operațional, prezentate în Fig. 4.10, a, b.

4.9. Convertoare analog-digitale

Scopul ADC este de a converti tensiunea analogică în echivalentul său digital. În general, ADC-urile au circuite mai complexe decât DAC-urile, DAC-ul fiind adesea un subset al ADC. O diagramă bloc generalizată a unui ADC cu un DAC în circuitul de feedback este prezentată în Fig. 4.11.

Figura 4.11

ADC-urile realizate folosind acest design sunt utilizate pe scară largă datorită preciziei, vitezei, simplității relative și costurilor reduse.

ADC include n Registrul de declanșare -bit al rezultatelor conversiei DD 1 - DDn, manager de biți DAC; un comparator conectat la dispozitivul de control al unității de control și care conține un generator de frecvență de ceas. Prin implementarea diferiților algoritmi de operare ADC în VCU, se obțin diferite caracteristici ale convertorului.

Folosind fig. 4.11, să luăm în considerare principiul de funcționare al ADC, presupunând că un contor sus/jos este utilizat ca registru de declanșare. Contorul reversibil are o ieșire digitală, a cărei tensiune crește cu fiecare impuls de ceas atunci când nivelul de tensiune la intrarea contorului „Numărătoare directă” este ridicat, iar intrarea „Numărătoare în jos” este scăzută. În schimb, tensiunea de ieșire digitală scade cu fiecare impuls de ceas atunci când intrarea Numărătoare în sus este scăzută și intrarea Numărătoarea inversă este ridicată.

Cel mai important nod al ADC este comparatorul (K), care are două intrări analogice U DAC și U an și o ieșire digitală conectată prin unitatea de control la un contor reversibil. Dacă tensiunea la ieșirea comparatorului este mare, nivelul de la intrarea contorului Direct Count va fi și el ridicat. Dimpotrivă, atunci când tensiunea de ieșire a comparatorului este scăzută, intrarea Up Count va fi, de asemenea, scăzută.

Astfel, în funcție de faptul că nivelul de ieșire al comparatorului este ridicat sau scăzut, contorul sus/în jos numără în direcția înainte sau în sens invers. În primul caz, la intrare U Comparatorul DAC arată o tensiune în creștere treptată, iar în cel de-al doilea o tensiune în descreștere treptată.

Deoarece comparatorul funcționează în buclă deschisă, nivelul tensiunii sale de ieșire crește atunci când tensiunea la intrare U an va deveni puțin mai negativ decât la intrare U DAC. În schimb, nivelul său de tensiune de ieșire devine scăzut de îndată ce tensiunea de intrare U an va deveni puțin mai pozitiv decât tensiunea de intrare U DAC.

La intrare U Comparatorul DAC primește tensiunea de ieșire a DAC, care este comparată cu tensiunea de intrare analogică furnizată la intrare U ro .

Dacă tensiune analogică U an depășește tensiunea luată de la ieșirea DAC, contorul reversibil numără în direcția înainte, crescând tensiunea la intrare în trepte U DAC la valoarea tensiunii de intrare U un. Dacă U ro<U DAC-ul sau devine unul în timpul procesului de numărare, tensiunea la ieșirea comparatorului este scăzută și contorul numără în direcția opusă, conducând din nou U DAC la U ro . Astfel, sistemul are o buclă de feedback care menține tensiunea de ieșire a DAC aproximativ egală cu tensiunea U ro . Prin urmare, ieșirea contorului sus/jos este întotdeauna echivalentul digital al tensiunii analogice de intrare. Echivalentul digital al semnalului analogic de intrare al ADC este citit de la ieșirea contorului sus/jos.

4.10. Multiplexoare digitale și analogice

În sistemele cu microprocesoare, ADC-uri, DAC-uri, precum și în sistemele electronice de comutare, multiplexoarele sunt utilizate pe scară largă: comutatoare multicanal (având 4, 8, 16, 32, 64 intrări și 1-2 ieșiri) cu un dispozitiv de control digital. Cele mai simple multiplexere de semnale digitale și analogice sunt prezentate în Fig. 4.12, a și b respectiv.

Figura 4.12

Un multiplexor digital (Fig. 4.12, a) permite interogarea secvenţială sau aleatorie a stărilor logice ale surselor de semnal X 0 , X 1 , X 2 , X 3 și transmiterea rezultatului sondajului către ieșire

Conform acestui principiu, multiplexoarele sunt construite pentru orice număr necesar de intrări de informații. Unele tipuri de multiplexoare digitale permit comutarea semnalelor de informații analogice.

Cu toate acestea, cea mai bună performanță este obținută de multiplexoarele analogice care conțin o matrice de comutatoare analogice de înaltă calitate (AK 1 ... AK 4) care funcționează pe un amplificator tampon de ieșire, o unitate de control digitală. Conexiunea nodurilor între ele este ilustrată în Fig. 4.12.6.

Un exemplu de multiplexor analogic LSI este un microcircuit de tip K591KN1, realizat pe baza tranzistoarelor MOS. Oferă comutarea a 16 surse de informații analogice per ieșire, permițând atât adresarea, cât și eșantionarea secvențială a canalelor. La dezvoltarea multiplexoarelor analogice LSI, se ia în considerare necesitatea compatibilității acestora cu sistemul de comandă al microprocesoarelor.

Multiplexoarele analogice sunt produse foarte promițătoare pentru câmpurile de comutare electronică și comutatoarele electronice multicanal pentru comunicații, radiodifuziune și televiziune.